北斗卫星导航定位系统应用现状分析概要

北斗卫星导航定位系统应用现状分析

唐金元,于潞,王思臣

(海军航空工程学院青岛分院,山东青岛266041

摘要:北斗卫星导航定位系统是国家信息基础设施之一,

是实现社会信息化的重要工

具。北斗系统的应用涉及到国家各个领域。分析了北斗卫星导航定位系统的应用特点和应用现状,指出了制约该系统应用发展的主要因素,

并对如何推进该系统在民用领域的产业化发展提出了一些具体建议。

关键词:北斗卫星;导航定位;应用;现状;发展;建议中图分类号:P228

文献标志码:A2(205

1前言

我国自行研制的“(简称“年、全面对民

用用户开放至今,工作状态良

好,

已在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等诸多领域开始逐步发挥重要作

用。北斗系统作为一种新的卫星导航定位系统,有明显的技术优势,

但也有一定的应用缺陷和不足。该系统在推广应用过程中受到了许多因素的制约,

在很多领域中的用途还未被认知。目前,

北斗系统的应用水平与国外卫星导航定位系统(如GPS系统相比,还明显处于劣势;

在民用方面,

还远远未达到产业化、市场化的水平。这与该系统作为世界上第三个投入实际应用

服务的卫星导航定位系统的地位不相称。须采取有力措施,推进北斗系统应用,使北斗系统更好地为我国的国防和国民经济建设服务,

场的局面。用市应航导星定位卫独占我国统航定位系导星卫国外的变改．

本文分析了北斗卫星导航定位系统的应用特点和应用现状,

指出了制约该系统应用发展的主要因素,

并对如何推进该系统在民用领域的产业化发展提出了一些具体建议。

2北斗系统应用特点

北斗卫星导航定位系统由空间卫星、地面主控站(控制中心

与标校站和用户终端设备三大部分

、双向简短报文通信和

精密授时三大基本功能。该系统基于“二球交会”原理进行定位,

即以2颗卫星的已知位置坐标为圆心,各以测定的本星至用户机的距离为半径,形成2个球面,用户机必然位于这2个球面交线的圆弧

上。地面控制中心存储的电子高程地图库提供1个以地心为球心,

以球心至用户机的距离为半径的球面。求解圆弧线与该球面的交点,

并根据用户在赤道平面北侧的实际情况,

即可获得用户的二维位置坐标[1]。北斗卫星导航定位系统主要应用特点如下[2-4]:

1系统覆盖我国全部国土及周边区域

北斗系统是覆盖我国本土及其周边地区的区域性卫星导航定位系统,

覆盖范围为东经70°～145°,北纬5°～55°,可以无缝覆盖我国全部国土和

周边海域,在中国全境范围内具有良好的导航定位可用性。

2系统定位、授时精度能满足导航定位需要

北斗系统的二维水平定位精度(1

σ为20m(不设标校站区域100m,双向授时精度20ns(单向授时精度100ns, ,的民用精度基本相当统系GPS与

能满足用户导航定位和授时要求。北斗系统的注册用户分为3个服务等级,

对应的定位响应时延分别为:一类用户5s,二类用户2s,三类用户1s

。北斗系统具有单向和双向2种授时功能,根据不同的精度要求,

定时传送最新授时信息给用户端,

供用户完成与北斗卫星导航定位系统之间时间差的修

6

2GNSS World of China/2008.2

3收稿日期:2007212213

正。

3

系统双向报文通信功能应用优势明显北斗系统具有用户与用户、用户与地面控制中

心之间的双向报文通信能力。系统一般用户1次可传输36个汉字,

经核准的用户利用连续传送方式1次最多可传送120个汉字。这种简短双向报文通信

服务,

可有效地满足通信信息量较小、但即时性要求却很高的各类型用户应用系统的要求

。这很适合集团用户大范围监控管理和通信不发达地区数据采集传输使用。对于既

需要定位信息又需要把定位信息传递出去的用户,

北斗卫星导航定位系统将是非常有用的。需特别指出的是,

北斗系统具备的这种双向简短通信功能,

目前已广泛应用的国外卫星导航定位系统(如GPS、G LONASS系统并不具备。

4时性较差,用户容量受限

统,。北斗了无线电隐蔽性,这在军事上是不利的。另外,

北斗系统对地面控制中心的依赖性大,一旦其地面中心控制系统受损,

系统就不能继续工作了;用户设备必须包含发射机,

因此其在体积、重量、功耗和价格方面远比GPS接收机来得大、重、耗电与贵。

北斗系统从用户发出定位申请,到收到定位结果,整个定位响应时间最快为1s,

即用户终端机最快可在1s后完成定位。这1s

的定位时延对飞机、导弹等高速运动的用户来说时间嫌长。北斗系统适合为车辆、船

舶等慢速运动的用户提供服务。北斗系统导航定位实时性较差,

对于高动态载体(如飞机、导弹等,该缺陷是显而易见的。

北斗系统是主动双向测距的询问—应答系统,

系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此,

北斗系统的用户设备工作容量是有限的。北斗系统可为以下用户机每小时提供

54万

次的服务:一类用户机(适合于单人携带使用10000～20000个,5～10min服务一次;

二类用户机(适合于车辆、舰船使用5500个,10～60s服务一次。

“北斗”系统的上述应用特点,决定了该系统适合在中国全境范围内,

在测绘、电信、水利、交通运输、勘探等使用要求相对较低的民用领域进行导航定位

、报文通信和授时服务等应用。目前该系统在

军事领域的应用,受到了一定的制约。

3北斗系统应用现状与主要制约因素

3.1北斗系统应用现状

北斗卫星导航定位系统运营以来,在军民用领

域上发挥了重要作用,迄今为止,已为用户提供定位服务超过亿次,

,千万条过超务通信服

在森林防火、水利防汛、交通运输等民用、军用领域产生了显著的社会效益。所研制

的黑龙江大兴安岭森林防火信息系统、澜沧江上湄公河船舶调度管理系统和郑州铁

路局铁路机车到站报点系统等北斗系统应用示范工程,[5-6]。

、具有鲜,总的来说,目前。主要表现在:

系统应用不充分,

与世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位不相称

北斗系统工作容量可达百万户,而目前注册在线的终端用户却不足千分之一,

卫星资源闲置严重。该系统的“快速定位、双向报文通信和精密授时”功能,

特别是双向报文通信功能未得到充分应用,

该导航定位系统在许多民用领域中的用途还未被认知。中国工程院戚发韧院士经过

对北斗系统进行详实的调研后提出:中国研制成功的第一个拥有自主知识产权的北

斗卫星导航系统,目前在民用领域资源利用并不充分,

几近闲置。他在调研报告中明确写到:北斗系统本应拥有上百万用户的能力,

目前却只有几千个用户,国家投入几十亿元,但利用很不充分,

造成了资源的严重浪费[7]。北斗卫星导航定位系统目前在民用领域应用不充分、未

形成产业化的现状,

与该系统作为世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位很不相称。2用户终端设备价格偏高,在市场上无法与GPS系统形成竞争